质子交换膜性能优化

由斯派克有限公司2019年11月30日

图片来源:Kaca Skokanova/Shutterstock.com

聚合物电解质膜燃料电池（PEFMCs），又称质子交换膜燃料电池，作为一种能量密集、高效、便携的能源具有巨大的潜力。通过产生氢燃料，燃料电池系统可以成为使用不可再生碳氢燃料的内燃机的实用替代品。

在制造过程中，热压方法可以生产出对温度、压力和挤压时间非常敏感的pemfc。范围精密加热压板和实验室液压机为精确控制这些参数，优化燃料电池性能，Specac提供了一个负担得起和紧凑的解决方案。

随着全球化石燃料储量的不断枯竭，研究替代燃料的需求日益迫切。全球电力基础设施依赖化学燃料，因为它们的能量密度、使用的便捷性以及同时的储量。特别是交通运输业，约占全球电力消耗的25%。¹满足未来能源需求的唯一途径是开发替代燃料。

一个很有前途的替代石油燃料内燃机的方法是氢燃料电池。氢通常是通过电解水(产生氢和氧)产生的，这需要一个外部电源。

利用太阳能或风能等可再生能源为制氢提供动力，有可能使氢燃料电池成为一种能量密度极高、效率极高的完全可再生能源储存库。通过以氢燃料电池为基础的能源基础设施，碳氧化物排放将完全从能源生产方程中去除。这只会排放水，而水是燃料的主要前体。

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)显示出特殊的前景，并提供了一些优点。²膜电极组件(MEA)位于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心，它包含一个可以传导质子，但最重要的是，不能传导电子的电解聚合物膜。

氢在阳极上分裂成质子和电子是通过使用催化剂来实现的。产生的质子通过聚合物膜（通常是Nafion）传导到阴极。同时，电子通过外部电路传导以提供电源（例如，车辆中的电动机）。当电子和质子在阴极与质子和氧重新结合时，就会产生水。

与其他燃料电池结构相比，pemfc的启动时间非常短——通常只有几秒钟。它们的工作温度也比大多数其他类型的燃料电池低得多，通常低于120°C。^3.由于这两个特性，pemfc非常适合应用于汽车。

汽车、公交车、后备电力系统和大型发电都应用了pemfc。然而，由于成本和变质问题，广泛采用是被阻止的。⁴^，^5，6^，⁷pemfc的性能优化研究仍在进行中，最终目标是生产一种能够取代内燃机的无碳可再生能源。

优化质子交换膜效率

燃料电池的主要功能部件是MEA。它由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层(GDL)组成。热压法通常用于组装它们，包括在GDL或膜上铺一层催化剂薄膜。然后将这两层材料夹在一起放入加热的水压机中。

研究人员已经分离出了几种可能影响pemfc性能的方法，这些方法受膜电极组件(MEA)的制造条件的影响。⁸结果表明，燃料电池的性能受温度、压力和挤压时间等因素的影响。

质子交换膜燃料电池的IV特性和最大功率输出都对这些因素敏感。制造过程中使用的温度对最大功率输出尤其有影响。巴斯克自治区大学的研究人员发现，在热压过程中，燃料电池的最大功率输出几乎只有10°C的变化席翻倍。

在通过热压制造有效的pemfc时，对温度、压力和压制时间的精细控制显然是至关重要的。Specac的台式液压机和加热压板系列为严格控制的热压燃料电池MEAs制造提供了一个紧凑的解决方案。⁹^，¹⁰

可安装Specac液压机与热压板为了在高达300℃的温度下压制膜材料欧洲杯足球竞彩°C，且负载不超过15吨。数字温度控制纳入Specac的加热模板，提供特殊的温度控制，稳定性±1°C。压板可以很容易地安装在Specac液压机上。它们的特点是连接块的水冷却，以隔离压力机的任何加热影响，并使高效加热和冷却模板。

参考资料及进一步阅读

国际能源展望2016 |可以在:https://web.archive.org/web/20170727110053/https: / / www.eia.gov /观点/ ieo / pdf / 0484 (2016). pdf。(访问日期:2019年3月8日)
质子交换膜在燃料电池中的应用。Int。j .氢能源35, 9349 - 9384(2010)。
Reguera G。et al。硫还原Geobacter燃料电池中生物膜和纳米线的产生导致电流增加。达成。环绕。Microbiol。72, 7345 - 7348(2006)。
AC Transit在加利福尼亚州|新闻中心|新闻|联合技术公司为公共交通公交车订购了4套UTC动力燃料电池系统。
懦夫,w . B。通用燃料电池项目．23, (2013).
PEMFC寿命和耐久性概述．
固定式| Nedstack。网址：http://www.nedstack.com. （查阅日期：2019年3月15日）
陈志强，王志强，王志强，等。PEMFC性能的影响因素研究进展。Int。j .化学。反应。Eng。6,(2008)。
液压机|实验室压力机- Specac。可以在:https://www.specac.com/en/products/sample-preparation/hydraulic-press．(访问日期:2019年3月18日)
加热台板|电加热- Specac。可以在:https://www.specac.com/en/products/sample-prep/platens/electric/platens．(访问日期:2019年3月18日)

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引证

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Specac有限公司，“优化质子交换膜的性能”。AZoM. 2021年6月25日.
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Specac有限公司，“优化质子交换膜的性能”。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=18783。(2021年6月25日生效)。
哈佛大学
Specac有限公司2020。质子交换膜性能优化．AZoM, viewed June 25 2021, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=18783。